Bakteriengenetik Scherer
Vorlesung 3
Vorlesung 3
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Flashcards
Definieren Sie Repressor, Corepressor, Aporepressor.
Repressor: Ein Protein welches an den Operator in der DNA bindet und damit die Bindung der RNA-Polymerase an den Promoter blockiert und so die Transkription eines Gens verhindert. Er setzt sich zumeist aus Coreprossor und Aporepressor zusammen.
Corepressor: Molekül welches den Aporepressor aktiviert.
Aprepressor: Protein welches vom Corepressor aktiviert wird und zusammen mit ihm den Repressor formt.
Welchen Einfluss hat das CAP Protein auf die Raumstruktur der DNA?
Das CAP Protein bewirkt eine Biegung der DNA um das Protein herum. Unteranderem wird auch die Lokation der RNA Polymerase verändert, was wiederum einen Einfluss auf die Genexpression hat.
Was ist der Unterschied zwischen promoter trapping und promoter silencing bei Bakterien?
Promoter Trapping: 2 verschiedene Operator Bindestellen vorhanden. Schlaufenbildung durch die Interaktion von zwei Repressoren zu einem Polymer. RNA Polymerase ist in der Schlaufe gefangen und kann nicht trankribieren.
Promoter Silencing: Polymerase Zugang zir Bindestelle wird durch einen Repressor blockiert.
Wie kann die Zelle über die Raumstruktur der DNA die Transkription regulieren?
Durch die Veränderung der Raumsstruktur z.B durch ein CAP Protein verändert sich auch die Lokation der RNA Polymerase bzw. ihere Bindestelle. Zum Beispiel kann so die Affinität der Polymerase eine Bindung mit der DNA einzugehen erhöht werden.
Wie können sich Transkriptionsfaktoren von einem Locus zu einem anderen bewegen?
Hier gibt es 3 verschiedene Bewegungsarten
- Sliding: TF löst sich nicht von der DNA sonder verschiebt sich nur etwas
- Hopping: TF löst sich und bindet sich nach einer kurzen Distanz wieder an die DNA
- Jumping: TF löst sich und springt an einer weiter entfernte Stelle welche durch die "coiled" Struktur der DNA in der Nähe liegt
Was versteht man unter direct displacement (im Zusammenhang mit Genregulation)?
Der Prozess bei dem ein Genregulator sich von einer Stelle an der er zufällig gebunden ist, zu seiner Bindungstelle am entsprechende Operon bewegt. Durch die "coiled" Form der DNA liegen Stellen die in linearisierter Form weit voneinander entfernt sind, potentiell nah beiander und das Regulator Protein kann leicht zu seiner Bindungstelle springen.
Das Chromosom von E. coli mit einer Größe von rund 5 MB ist in etwa 400 - 500 topologisch isolierten Loops organisiert. In welchen drei Formen können diese Loops vorliegen? Was ist der Sinn dieser Organisation?
- Plectonemische Supercoils
- Torodiale Supercoils
- Gebogene DNA (curved DNA)
Die unterschiedlichen Konformationen beinflussen die Genregulation. Operons werden außerdem räumlich in den loops gruppiert gemäß ihere Funktion.
Warum werden Transcriptionsfaktoren bei Bakterien (nicht aber bei Eukaryonten) oft in unmittelbarer Nachbarschaft des Operons codiert, welches sie regulieren?
Das liegt daran das Operons die Regulatorproteinen herstellen, häufig in unmittelbarer Nähe des Operons liegen, dass die Regulatorproteine regulieren. Es ist also praktisch die Translation direkt an die Transkription anzubinden, sodass die fertigen Regulatorproteine nicht weit diffundieren müssen sondern sich direkt in der Nähe ihrer Bindungstelle befinden. Würde man die Translation wie bei eukaryoten ins Cytoplasma verlagen, so müssten die fertigen Regulatorproteine den ganzen Weg vom Cytoplasma zurück zur Bindungstelle zurücklegen. Dies würde auf Grund des molecular Crowdings zu lange dauern.
Was versteht man unter bistability der Genexpression? Welchen Vorteil hat das Phänomen für Bakterienpopulationen?
Für ein Gen gibt es zwei verschiedene stabile Zustände der Genexpression, z.B inhibiert und aktiv. Der Wechsel zwischen diesen beiden Zustände verläuft rein über stochastische Trigger wie z.B Braun'sche Molekularbewegung. Für Bakterienpopulationen kann dies von Vorteil sein, da dann zum Beispiel nur einige wenige Bakterien die Energie für die Genexpression aufbringen müssen, während die anderen Bakterien sich diese Energie sparen können. Die Bakterien arbeiten also in Kooperation.
Erläutern die den Vorgang der intrinischen Termination der Genexpression.
Es kommt zur Ausbildung einer Haarnadelförmigen Sekundärstruktur im RNA Transkript, welche an der speziellen Basenreihenfolge liegt, Diese blockiert die Aktivität der RNA Polymerase. Daneben liegt meistens eine für den Terminationsprozess wichtige Poly Uracil Sequenz vor. Eine intrinsiche Termination kann eine Effizienz von 2-90 % haben.
Erläutern die den Vorgang der extrinsischen Termination der Genexpression.
Der Rho Faktor (dimeres Protein) führt in diesem Fall zur Beendigung der Transkription.
Funktion: Die synthetisierte mRNA enthält gegen Ende der Transkription bestimmte Signalsequenzen, welche den Rho-Faktor binden können. Rho-Faktor beginnt sich an der Messenger RNA entlang zu bewegen in Richtung der RNA Polymerase (ATP abhängiger Prozess). Sobald der Rho-Faktor die Polymerase erreicht kommt es zum Abbruch der Transkription. Besitzt Effizienz von 100%, d.h jegliche Transkription weiter Downstream wird ausgeschlossen.
Mehere Ebenen der Information auf der RNA. Normale Protein codierende Information und überlagert darüber Information über Bindungsmotive für den Rho Faktor.
Was versteht man unter Anti-Termination?
Antiterminationsfaktor (Protein) führt zum fortlaufen der Termination, falls es eine Terminatorsequenz gibt. Antiterminationsfaktor bindet sich an Bindestelle der RNA-Polymerase und verhindert die Termination der Transkription.
Welches genetische Element führt zur Attenuation der Transkription bei Operons vieler Aminosäuresynthesen? Wie ist der Mechanismus?
Die sogenannte Leader Region zusammen mit der Attenutator Region. Diese befinden sich hinter dem Operator und Promoter aber vor dem ersten codierenden Gen . Transkribiert besitzt die Leader mRNA vier verschiedene Regionen. Diese können entweder eine Sekundärstruktur ausbilden bei der Region jeweils 1,2 und 3, 4 paaren oder eine solche bei der sich nur 2,3 paaren. Hierbei bildet die Paarung von 3,4 eine intrinsische Terminationssequenz. Welche Sekundärstruktur vorliegt hängt davon ab wie viel von der zu synthetisierenden AS vorliegt. Da die Translation direkt an die Trankription gekoppelt ist, setzt das Ribosom direkt hinter der RNA Polymerase an. Region 1 der Leader Region enthalt unter anderem Codon die für die AS codierende die synthetisiert werden soll. Ist nun wenig von dieser AS vorhanden so hält das Ribosom auf Region 1 an und bewirkt eine Paarung von Region 2 und 3. Die Trankription wird also nicht abgebrochen und die Aminsosäure wird synthestisiert. Ist viel von der AS vorhanden so kann das Robosom schnell weiter synthetisieren und das bewirkt eine Paarung von Region 1,2 und damit auch von 3,4. Die Transkription wird also aufgrund der intrinsischen Termination abgebrochen und es wird keine neue AS synthetisiert.
Wie kann die Shine-Dalgarne Sequenz die Translation einer mRNA beeinflussen?
SD Sequenz signalisiert Translationsstart für Ribosom, da sie homolog zu einem Teil der 16S Ribosom Sequenz ist. Je höher die homologe Übereinstimmung mit der 16S Ribosom Sequenz desto affiner bindet ds Ribosom und desto häufiger wird die mRNA translatiert. Hinzu kommt noch die relative Positionierung bezüglich des Startcodons, welche ebenfalls die Ribosomaffinitär verändert. Also
- Homologie zur 16S Sequenz
- Relative Positionierung zum Startcodon
Sie haben die Aufgabe, ein auf einem Plasmid kloniertes, komplettes Operon heterolog in E. coli zu exprimieren. Obwohl Sie feststellen, dass das Plasmid in E. coli stabil repliziert, können Sie keine Genprodukte nachweisen. Nennen Sie drei mögliche Ursachen.
- Das Codon Usage des Operons könnte ein deutlich anderes als das in E.coli (Jedes Bakterium hat ein eigenes Codon Usage). Dadurch ist vor allem die Translation sehr langsam. Denn jede AS besitzt mehrere Codons die diese codieren. Verwendet E.coli nun häufiger andere Codons als für die AS als auf dem Operon zu finden sind, so gibt es nicht viele tRNAs mit entsprechenden Anticodons. Es dauert entsprechend lange bis diese tRNAs zur Translationsstelle diffundieren.
- Die SD Sequenz befindet sich nicht im korrekten Abstand zum Start Codon und dadruch ist die Bindungsaffinität des Ribosoms schlecht, und es kommt nur sehr selten zur Translation
Was versteh man unter translationaler Repression?
Die DNA Sequenz wurde bereits zu mRNA trankribiert aber die Translation findet nicht statt. Die Repression geschiet also auf Ebene der Translation, z.B durch die SD Sequenz.
Wie kann die Genexpression über die Temperatur reguliert werden?
Speziell kann die Tranlation reguliert werden, die mRNA Synthese bleibt konstitutiv. Hierbei bildet die 5' UTR der transkribierten mRNA bei bestimmten Temperaturen (meistens bei niedrigeren) eine Loop Struktur aus, welche die SD Sequenz enthält. Dieser Loop verhindert das, dass Ribosom die SD Sequenz erkennt und es findet keine Translation statt. Bei erhöhter Temperatur wird der Loop instabil und die SD Sequenz wird frei. Es kann also eine Translation stattfinden.
Dieses Prinzip kann von Krankheitserregern genutzt werden um erst beim Eintreten in den Wirt (Erhöhung der Temperatur auf 37°C) Virulenzgene zu translatieren.
Was versteht man unter anti-sense Regulation?
Um die Expression eines Operons zu regulieren produziert ein weiteres Operon eine Anti-sense RNA zum Gen das regliert werden soll. Diese Anti-Sense RNA bindet die Regulationssequenz der mRNA des zu regulierenden Gens. Dadurch kann die SD Sequenz nicht mehr vom Ribosom erkannt werden und es findet keine Translation statt.
